Page 73 - 《精细化工》2020年第3期

第 3 期 张 名，等: 聚（AM-co-C 16 DMAAC）/可溶性淀粉高吸水树脂的制备及溶胀动力学 ·491·

上的—CONH 2 转变为了—COONa。具体反应机理如 成了 AM 树脂，并与优化得到的 AM-co-C 16 DMAAC

图 8 所示。在高温强碱性环境下，一方面，—CONH 2 树脂进行了吸水性能对比，结果如图 10 所示。
中 C 元素的电负性（2.55）低于 O 元素的电负性
（3.44），并且酰胺基中 C==O 间存在一个 π==π 双
+
–
键；在 NaOH 分子中，Na 显正电性，OH 显负电性，
–
所以 OH 进攻 C==O 中的羰基碳，双键打开，形成
新的 C—OH 键，发生亲核加成反应；C==O 双键打
+
开，致使羰基氧带负电可吸引带正电的 Na ；另一
方面， —CONH 2 中的 N 进攻—OH 中的 H，最终以
NH 3 形式释放，发生消除反应。加成反应中添加的
—OH 损失一个 H，打破了 O 元素的电荷平衡性，
所以—OH 中的 O 就与—CONH 2 中的 C 形成了一个

新的 C==O 双键，所以聚合物分子链上的—CONH 2
在高温下与 NaOH 发生亲核加成消除反应，水解成
亲水性更强的—COONa。

图 8 AM 基聚合物 NaOH 水解示意图 a—去离子水；b—生理盐水
Fig. 8 Schematic illustration of hydrolysis of acrylamide- 图 10 树脂吸水倍率随浸泡时间变化
based polymer by NaOH
Fig. 10 Changes of water absorbency of resin with soaking time

2.3 扫描电镜形貌观察 由图 10 可知，未添加 C 16 DMAAC 的 AM 树脂
图 9 为 AM-co-C 16DMAAC 树脂反应中间产物聚 在去离子水和生理盐水中的吸水倍率分别为 1216.46
合凝胶和树脂吸水膨胀冷冻干燥后的 SEM 形貌图。 和 59.81 g/g；AM-co-C 16 DMAAC 树脂在去离子水和
生理 盐水中的最 大吸水倍率 分别为 1964.96 和
76.77 g/g，较未添加 C 16 DMAAC 时吸水倍率分别提
高了 61.53%和 28.35%。进一步证明，将疏水单体
C 16 DMAAC 引入到传统的 AM 系可溶性淀粉高吸水
树脂的聚合反应中，能极大提高树脂的吸水倍率和
抗盐性，这也为提高树脂的性能提供了一个新思路，

在传统吸水树脂的合成改性过程中，可以引入长链
图 9 聚合凝胶（a）和树脂吸水膨胀后（b）的 SEM 图 烷烃疏水单体，通过长链烷烃链的疏水缔合作用来
Fig. 9 SEM images of (a) polymerized gel and (b) resin
after absorbing water and expanding 改善单体聚合效率，提高聚合物三维空间网状结构
强度和树脂的吸水性能。
可以看到，经过接枝聚合后，已经观察不到可 2.5 树脂吸水机理考察
溶性淀粉颗粒，说明可溶性淀粉已完全参与聚合反 为了进一步探究 AM-co-C 16 DMAAC 树脂的吸
应，并与 AM 等单体聚合后形成了一个三维空间网 水溶胀过程，采用 Fickian 扩散模型〔如式（3）所
状结构，密集的小孔填充在聚合物分子链中；树脂 示〕对 2.4 节数据进行拟合 [33-34] ，具体公式如下所示。
吸水溶胀后，聚合物分子链充分伸展，链与链之间 Q at =kt n （3）
相互连接，网络结构变大，这样水分子就能被固定， Q
amax
树脂表现出优异的吸水性能和保水性能。 左右两边同时取自然对数，得
2.4 树脂最大吸水倍率测试 ln Q ln Q  ln k + ln n t （4）
a at m a x
在不添加疏水单体 C 16 DMAAC 并保持其他制 式中：Q amax 为树脂的最大吸水倍率，g/g；Q at 为树
备条件与 AM-co-C 16 DMAAC 完全相同的前提下，合 脂在 t 时刻的吸水倍率，g/g；t 为树脂的浸泡时间，